(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現像剤担持体に沿って現像剤担持体回転軸方向に延びる現像剤供給搬送路中を搬送部材によって搬送されているトナーとキャリアとを含んだ二成分現像剤を、回転している該現像剤担持体の表面に担持させることにより、該現像剤担持体の表面に担持された二成分現像剤を現像領域へ搬送し、現像領域にて二成分現像剤中のトナーを潜像担持体表面上の潜像に付着させて該潜像を現像するとともに、現像領域を通過した二成分現像剤を該現像剤担持体から該現像剤供給搬送路とは別の搬送路である現像剤回収搬送路に回収する現像装置において、
上記現像剤供給搬送路の現像剤搬送方向下流側端部まで搬送された二成分現像剤を、上記現像剤回収搬送路を介して又は該現像剤回収搬送路とは別の搬送路を介して、該現像剤供給搬送路の現像剤搬送方向上流側端部へ搬送する循環搬送機構を有しており、
二成分現像剤を現像剤担持体回転軸方向へ搬送する搬送部材を内部に備えた搬送路の中で、該現像剤供給搬送路内部の搬送部材による二成分現像剤の平均搬送速度が最も遅くなるように構成されており、
上記循環搬送機構は、上記現像剤回収搬送路内における二成分現像剤の搬送速度について、現像剤搬送方向下流側よりも上流側の方が遅くなるように構成されていることを特徴とする現像装置。
【請求項２】
請求項１の現像装置において、
上記循環搬送機構は、螺旋状の羽根部を回転軸に有し、その回転軸方向に沿って二成分現像剤を搬送する搬送スクリューを、上記現像剤回収搬送路内に備えており、
該搬送スクリューは、補給用トナーを供給するためのトナー補給口から補給用トナーが供給される箇所又は該箇所よりも現像剤搬送方向下流側の箇所に設けられる上流側羽根部を、該箇所よりも現像剤搬送方向下流側に設けられる下流側羽根部よりも、二成分現像剤の分散性能が高く、かつ、二成分現像剤の搬送性能が低くなるように、そのリード角を大きくしたものであることを特徴とする現像装置。
【請求項３】
請求項２の現像装置において、
上記搬送スクリューの上記上流側羽根部のリード角は、５５°以上７０°以下の範囲内に設定されていることを特徴とする現像装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置において、
上記循環搬送機構は、上記現像剤供給搬送路内における二成分現像剤の搬送速度が現像剤搬送方向上流側よりも下流側の方を遅くするように構成されていることを特徴とする現像装置。
【請求項５】
現像剤担持体に沿って現像剤担持体回転軸方向に延びる現像剤供給搬送路中を搬送部材によって搬送されているトナーとキャリアとを含んだ二成分現像剤を、回転している該現像剤担持体の表面に担持させることにより、該現像剤担持体の表面に担持された二成分現像剤を現像領域へ搬送し、現像領域にて二成分現像剤中のトナーを潜像担持体表面上の潜像に付着させて該潜像を現像するとともに、現像領域を通過した二成分現像剤を該現像剤担持体から該現像剤供給搬送路とは別の搬送路である現像剤回収搬送路に回収する現像装置において、
上記現像剤供給搬送路の現像剤搬送方向下流側端部まで搬送された二成分現像剤を、上記現像剤回収搬送路を介して又は該現像剤回収搬送路とは別の搬送路を介して、該現像剤供給搬送路の現像剤搬送方向上流側端部へ搬送する循環搬送機構を有しており、
二成分現像剤を現像剤担持体回転軸方向へ搬送する搬送部材を内部に備えた搬送路の中で、該現像剤供給搬送路内部の搬送部材による二成分現像剤の平均搬送速度が最も遅くなるように構成されており、
上記循環搬送機構は、上記現像剤供給搬送路内における二成分現像剤の搬送速度が現像剤搬送方向上流側よりも下流側の方を遅くするように構成されていることを特徴とする現像装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置において、
上記循環搬送機構は、上記現像剤供給搬送路の現像剤搬送方向下流側端部まで搬送された二成分現像剤を上記現像剤回収搬送路へ受け渡し、該現像剤回収搬送路の現像剤搬送方向下流側端部まで搬送された二成分現像剤を該現像剤供給搬送路へ受け渡すように、二成分現像剤を循環搬送するものであることを特徴とする現像装置。
【請求項７】
潜像担持体と該潜像担持体上の潜像を現像する現像装置とを一体的に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成されたプロセスカートリッジにおいて、
上記現像装置として、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とするプロセスカートリッジ。
【請求項８】
潜像担持体と、該潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、トナー及びキャリアを含む二成分現像剤により該潜像担持体上の潜像を現像する現像装置とを有し、該現像装置により該潜像担持体上に形成されたトナー像を最終的に記録材へ転移させて、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、
上記現像装置として、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トナー及びキャリアを含む二成分現像剤を用いる現像装置、並びに、これを備えたプロセスカートリッジ、及び、プリンタ、ファクシミリ、複写機等の画像形成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の現像装置は、一般に、現像剤担持体に沿って現像剤担持体回転軸方向に延びる現像剤供給搬送路中を搬送されている二成分現像剤（以下、単に「現像剤」という。）を、回転している現像剤担持体の表面に担持させ、現像剤担持体の回転により現像剤を現像領域へ供給する。従来の現像装置の中には、現像領域でトナーを消費した現像済み現像剤を再び現像剤供給搬送路へ戻す供給回収一体方式を採用するものがある。この供給回収一体方式の現像装置は、現像剤供給搬送路を流れる現像剤のトナー濃度が現像剤搬送方向下流（以下、単に「下流」という。）側ほど低くなるため、現像領域に供給される現像剤において現像剤担持体回転軸方向にトナー濃度のムラが生じるという欠点がある。このようなトナー濃度のムラは、記録材上に形成される画像の濃度ムラとなって現れやすいので、解消することが望まれる。
【０００３】
この欠点を解消し得る現像装置としては、現像領域でトナーを消費した現像済み現像剤を現像剤供給搬送路とは別の搬送路である現像剤回収搬送路へ回収する供給回収分離方式を採用するものがある（例えば特許文献１）。この供給回収分離方式の現像装置は、現像剤供給搬送路を流れる現像剤のトナー濃度が現像剤搬送方向にわたって一定に維持される。よって、現像領域に供給される現像剤において現像剤担持体回転軸方向にトナー濃度のムラが生じることはなく、上述した欠点が解消される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年の画像形成装置に対しては、画像形成スピードの高速化が強く望まれている。画像形成スピードの高速化に対応するためには、現像装置の現像剤担持体の回転速度を高速化することが必要となる。現像剤担持体の回転速度が高いほど、現像剤担持体に対して現像剤を不足なく安定して供給し続けることが困難となるので、現像剤担持体への現像剤供給不足による画像濃度の低下等の画質劣化を引き起こしやすい。特に、近年の画像形成装置に対しては小型化の要請が強いことから、これに搭載される現像装置の小型化も強く望まれており、そのために現像装置内に収容可能な現像剤の量は制限される傾向にある。そのため、現像装置内の限られた量の現像剤を有効活用して、現像剤担持体へ現像剤を不足なく安定して供給し続けることが必要となる。したがって、画像形成装置の小型化と画像形成スピードの高速化とを両立するためには、現像装置内の限られた現像剤量で、高速回転する現像剤担持体に対し、現像剤を不足なく安定して供給し続けることが望まれる。
【０００５】
しかしながら、上述した供給回収分離方式を採用する現像装置において、現像剤供給搬送路内の現像剤は、その現像剤供給搬送路に沿って配置される現像剤担持体に汲み上げられながら下流側端部まで搬送される。そのため、現像剤供給搬送路内を流れる現像剤の量は、下流側ほど少なくなる。よって、上述したように現像剤担持体の回転速度を高速化すると、単位時間あたりの汲み上げ量が多くなって、現像剤供給搬送路の下流側端部まで到達できる現像剤の量が少なくなり、現像剤供給搬送路の下流側において現像剤の量が不足する事態が起こり得る。
【０００６】
従来、現像剤供給搬送路の下流側で現像剤の量が不足する事態に対しては、現像剤供給搬送路内の現像剤搬送速度を速めることで対応してきた。これによれば、上流側端部から搬送開始された単位量の現像剤が下流側端部まで搬送されるまでの間に現像剤担持体へ汲み上げられる量が少なくなるので、現像剤供給搬送路の下流側で現像剤の量が不足する事態が起きにくい。しかしながら、現像剤供給搬送路内の現像剤搬送速度を速めるには限界があるため、現像剤供給搬送路内の現像剤搬送速度を速める方法では、現像剤担持体の更なる高速化には対応できないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、現像装置内の限られた現像剤量で、高速回転する現像剤担持体に対し、現像剤を不足なく安定して供給し続けることが可能な供給回収分離方式の現像装置、並びに、これを備えたプロセスカートリッジ及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、現像剤担持体に沿って現像剤担持体回転軸方向に延びる現像剤供給搬送路中を搬送部材によって搬送されているトナーとキャリアとを含んだ二成分現像剤を、回転している該現像剤担持体の表面に担持させることにより、該現像剤担持体の表面に担持された二成分現像剤を現像領域へ搬送し、現像領域にて二成分現像剤中のトナーを潜像担持体表面上の潜像に付着させて該潜像を現像するとともに、現像領域を通過した二成分現像剤を該現像剤担持体から該現像剤供給搬送路とは別の搬送路である現像剤回収搬送路に回収する現像装置において、上記現像剤供給搬送路の現像剤搬送方向下流側端部まで搬送された二成分現像剤を、上記現像剤回収搬送路を介して又は該現像剤回収搬送路とは別の搬送路を介して、該現像剤供給搬送路の現像剤搬送方向上流側端部へ搬送する循環搬送機構を有しており、二成分現像剤を現像剤担持体回転軸方向へ搬送する搬送部材を内部に備えた搬送路の中で、該現像剤供給搬送路内部の搬送部材による二成分現像剤の平均搬送速度が最も遅くなるように構成されており、上記循環搬送機構は、上記現像剤回収搬送路内における二成分現像剤の搬送速度について、現像剤搬送方向下流側よりも上流側の方が遅くなるように構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明は、請求項１の現像装置において、上記循環搬送機構は、螺旋状の羽根部を回転軸に有し、その回転軸方向に沿って二成分現像剤を搬送する搬送スクリューを、上記現像剤回収搬送路内に備えており、該搬送スクリューは、補給用トナーを供給するためのトナー補給口から補給用トナーが供給される箇所又は該箇所よりも現像剤搬送方向下流側の箇所に設けられる上流側羽根部を、該箇所よりも現像剤搬送方向下流側に設けられる下流側羽根部よりも、二成分現像剤の分散性能が高く、かつ、二成分現像剤の搬送性能が低くなるように、そのリード角を大きくしたものであることを特徴とするものである。
また、請求項３の発明は、請求項２の現像装置において、上記搬送スクリューの上記上流側羽根部のリード角は、５５°以上７０°以下の範囲内に設定されていることを特徴とするものである。
また、請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置において、上記循環搬送機構は、上記現像剤供給搬送路内における二成分現像剤の搬送速度が現像剤搬送方向上流側よりも下流側の方を遅くするように構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項５の発明は、現像剤担持体に沿って現像剤担持体回転軸方向に延びる現像剤供給搬送路中を搬送部材によって搬送されているトナーとキャリアとを含んだ二成分現像剤を、回転している該現像剤担持体の表面に担持させることにより、該現像剤担持体の表面に担持された二成分現像剤を現像領域へ搬送し、現像領域にて二成分現像剤中のトナーを潜像担持体表面上の潜像に付着させて該潜像を現像するとともに、現像領域を通過した二成分現像剤を該現像剤担持体から該現像剤供給搬送路とは別の搬送路である現像剤回収搬送路に回収する現像装置において、上記現像剤供給搬送路の現像剤搬送方向下流側端部まで搬送された二成分現像剤を、上記現像剤回収搬送路を介して又は該現像剤回収搬送路とは別の搬送路を介して、該現像剤供給搬送路の現像剤搬送方向上流側端部へ搬送する循環搬送機構を有しており、二成分現像剤を現像剤担持体回転軸方向へ搬送する搬送部材を内部に備えた搬送路の中で、該現像剤供給搬送路内部の搬送部材による二成分現像剤の平均搬送速度が最も遅くなるように構成されており、上記循環搬送機構は、上記現像剤供給搬送路内における二成分現像剤の搬送速度が現像剤搬送方向上流側よりも下流側の方を遅くするように構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項６の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置において、上記循環搬送機構は、上記現像剤供給搬送路の現像剤搬送方向下流側端部まで搬送された二成分現像剤を上記現像剤回収搬送路へ受け渡し、該現像剤回収搬送路の現像剤搬送方向下流側端部まで搬送された二成分現像剤を該現像剤供給搬送路へ受け渡すように、二成分現像剤を循環搬送するものであることを特徴とするものである。
また、請求項７の発明は、潜像担持体と該潜像担持体上の潜像を現像する現像装置とを一体的に支持し、画像形成装置本体に対して着脱自在に構成されたプロセスカートリッジにおいて、上記現像装置として、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
また、請求項８の発明は、潜像担持体と、該潜像担持体上に潜像を形成する潜像形成手段と、トナー及びキャリアを含む二成分現像剤により該潜像担持体上の潜像を現像する現像装置とを有し、該現像装置により該潜像担持体上に形成されたトナー像を最終的に記録材へ転移させて、該記録材上に画像を形成する画像形成装置において、上記現像装置として、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の現像装置を用いたことを特徴とするものである。
【０００９】
本発明においては、循環搬送機構により二成分現像剤が循環搬送される搬送路であって二成分現像剤を現像剤担持体回転軸方向へ搬送する搬送部材を内部に備えた搬送路の中で、現像剤供給搬送路内における二成分現像剤の平均搬送速度が最も遅い。これにより、現像装置内で現像剤を循環搬送させると、その循環経路上における現像剤量の分布は、現像剤供給搬送路の上流側端部で現像剤量が最も多くなる。これにより、現像剤供給搬送路の上流側端部では、限られた現像剤量の中で最大限の量を現像剤供給搬送路下流側へ送り出すことが可能となる。この結果、現像剤供給搬送路内の現像剤搬送速度を従来よりも遅く設定しても、現像剤供給搬送路内の現像剤を下流側端部まで到達させることができ、高速回転する現像剤担持体に対して現像剤を安定供給できる。したがって、現像剤供給搬送路内の現像剤搬送速度を速める方法では対応できないような高速な現像剤担持体に対しても、現像剤を安定供給することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、供給回収分離方式の現像装置内の限られた現像剤量で、高速回転する現像剤担持体に対し、現像剤を不足なく安定して供給し続けることが可能となるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係るプリンタの概略構成図である。
【図２】同プリンタの画像形成部の概略構成を示す説明図である。
【図３】同プリンタの現像装置における現像剤循環搬送機構による現像剤の流れを説明するために、現像装置内を横方向から見たときの模式図である。
【図４】同現像装置の現像剤回収搬送路の下流側端部における断面を示す説明図である。
【図５】同現像装置の現像ローラ表面上における磁束密度分布を、現像装置の概略構成に重ね合わせて表示した説明図である。
【図６】同現像装置の現像ローラの構造を示す断面図である。
【図７】同現像装置に設けられる現像剤循環搬送機構の構成を説明するための斜視図である。
【図８】同現像剤循環搬送機構の分解図である。
【図９】同現像装置の現像剤供給搬送路内の下流側端部において現像剤不足が発生している状態を示す模式図である。
【図１０】同現像装置の現像剤回収搬送路の一部を切り出し、その切り出し部分である回収路セルを現像剤搬送方向に対して直交する水平方向から見たときの説明図である。
【図１１】搬送スクリューの羽根部のリード角と現像剤搬送速度との関係の一例を示すグラフである。
【図１２】同搬送スクリューの羽根部のリード角と現像剤の分散性との関係の一例を示すグラフである。
【図１３】変形例における現像剤循環搬送機構の概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を、画像形成装置としてのカラープリンタに適用した一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るプリンタの概略構成図である。
本プリンタは、記録材としての転写紙８を搬送する搬送ベルト１５に沿って、複数の画像形成部１７Ｋ，１７Ｍ，１７Ｙ，１７Ｃが配列された、いわゆるタンデム型の画像形成装置である。なお、各画像形成部の配列順序は、これに限らず、例えば、黒の画像形成部１７Ｋを転写紙８の搬送方向最下流に配置し、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、黒（Ｋ）の順に作像するようにしてもよい。
【００１３】
これらの画像形成部１７Ｋ，１７Ｍ，１７Ｙ，１７Ｃは、それぞれが潜像担持体としての感光体を有し、各感光体上にそれぞれの色のトナー像を形成する。各画像形成部１７Ｋ，１７Ｍ，１７Ｙ，１７Ｃは、必ずしもユニットとして構成されている必要はないが、本実施形態では、ユニット化されていてプリンタ本体に対して着脱自在なプロセスカートリッジとなっている。これらの画像形成部１７Ｋ，１７Ｍ，１７Ｙ，１７Ｃは、使用するトナーの色が異なる以外は、その構成がほぼ同一である。
【００１４】
図２は、本実施形態に係るプリンタの画像形成部１７Ｋ，１７Ｍ，１７Ｙ，１７Ｃの概略構成を示す説明図である。
感光体１は、図中時計まわりの向きに回転駆動する。この感光体１の上方には帯電装置２が配置されている。この帯電装置２は、本実施形態では、帯電バイアスが印加された帯電ローラを感光体の表面に接触して感光体表面を所定電位に一様に帯電させる接触帯電方式を採用しているが、非接触帯電方式を採用してもよい。帯電装置２により一様に帯電された感光体１の表面部分は、図１に示した対応する露光装置１６Ｋ，１６Ｍ，１６Ｙ，１６Ｃからの書込光Ｌの照射を受けて静電潜像が形成される。本実施形態では、帯電装置２及び露光装置１６Ｋ，１６Ｍ，１６Ｙ，１６Ｃによって潜像形成手段が構成されている。
【００１５】
感光体１上の静電潜像は、感光体１の回転に伴って現像装置３と対向する現像領域へと移動する。現像装置３は、現像剤担持体としての現像ローラ３０２に沿って現像ローラ回転軸方向（図２中紙面垂直方向）に延びる現像剤供給搬送路中を搬送されているトナーとキャリアとを含んだ二成分現像剤３２０を、回転している現像ローラ３０２の表面に担持させることにより、現像ローラ３０２の表面に担持された現像剤３２０を現像領域へ搬送し、現像領域にて現像剤中のトナーを感光体１上の静電潜像に付着させて現像処理するものである。
【００１６】
現像装置３のケーシング３０１の一部は、現像ローラ３０２を露出させるために開口している。ケーシング３０１から露出した現像ローラ３０２の部分は、感光体１に対して横方向（図２中左右方向）から近接して対向している。これにより、現像ローラ３０２と感光体１との対向領域に現像領域Ａが形成される。ケーシング３０１内の現像剤３２０は現像ローラ３０２に担持されて現像領域Ａへ搬送される。現像領域Ａで感光体１の表面に形成されている静電潜像に現像剤３２０中のトナーが付着してトナー像として顕像化される。
【００１７】
このトナー像は、感光体１の回転に伴って搬送ベルト１５との対向領域（転写領域Ｂ）へ搬送される。搬送ベルト１５を挟んで感光体１の反対側（搬送ベルト１５の内周面側）には、転写装置５が配置されている。転写装置５は、転写バイアスが印加された転写ローラを用いたものであるが、コロナ放電タイプのものでもよい。搬送ベルト１５は、２つの支持ローラ１８，１９に張架されている。これらの支持ローラ１８，１９のうちの一方は駆動ローラであり、他方が従動ローラである。駆動ローラが回転駆動することで、搬送ベルト１５は図中矢印の向きに走行する。
【００１８】
搬送ベルト１５の下方には、転写紙８が収納された３つの給紙トレイ２０，２１，２２が備えられている。例えば給紙トレイ２０に収納された転写紙８のうち最上位置にある転写紙８は、画像形成時に送り出されてレジストローラ２３で一旦待機させられ、画像形成部１７Ｋにおける画像形成とタイミングを合わせて送り出され、静電吸着により搬送ベルト１５に吸着される。こうして搬送ベルト１５に吸着された転写紙８は、最初の画像形成部１７Ｋに搬送され、ここで黒の画像が転写される。
【００１９】
カラー画像の画像形成に際し、各画像形成部１７Ｋ，１７Ｍ，１７Ｙ，１７Ｃでは、各感光体１の周面が暗中にて各帯電装置２により一様に帯電された後、各露光装置１６からの書込光Ｌにより露光され、それぞれの静電潜像が形成される。これらの静電潜像は、各現像装置３によってそれぞれの色のトナーにより可視像化され、各感光体１上に各色のトナー像がそれぞれ形成される。
【００２０】
これらのトナー像は、各転写装置５により、搬送ベルト１５上の転写紙８に対して、互いに重なり合うように順次転写される。こうしてフルカラーの重ね画像が形成された転写紙８は、搬送ベルト１５から剥離されてから定着装置２４で一対の定着ローラ間を通過する間に定着された後、排紙トレイ２５へ排紙される。
【００２１】
一方で、転写を終えた各感光体１は、感光体１の周面に残留した不要なトナーがクリーニング装置６により除去され、次の画像形成に備えられる。クリーニング装置６は、転写紙８に転写されずに感光体１の表面に残ったトナーを、クリーニングブレード６０１により除去する。クリーニング装置６を通過した感光体１の表面は、その後、帯電装置２により表面を一様に帯電され、次の画像形成工程を繰返す。
【００２２】
なお、感光体上のトナー像を中間転写体（中間転写ベルトなど）にいったん転写し、その後多色トナーを一括して転写紙に転写する中間転写ベルト方式にも適用は可能であり、その場合は転写領域Ｂで感光体上のトナーを中間転写体（中間転写ベルト）に転写することになる。
【００２３】
次に、現像装置３について詳しく説明する。
本実施形態における現像装置３は、図２に示すように、現像領域を通過した現像剤３２０を現像ローラ３０２から現像剤供給搬送路とは別の搬送路である現像剤回収搬送路に回収する、いわゆる供給回収分離方式を採用している。現像装置３は、現像剤供給搬送路内の現像剤を搬送するための第１搬送スクリュー３０４と、現像剤回収搬送路内の現像剤を搬送するための第２搬送スクリュー３０５とを備えている。現像剤供給搬送路及び現像剤回収搬送路は、ケーシング３０１を仕切板３０６によって仕切ることで形成されている。
【００２４】
図３は、本実施形態の現像装置３における現像剤循環搬送機構による現像剤の流れを説明するために、現像装置内を横方向から見たときの模式図である。
本実施形態の現像装置３は、現像剤供給搬送路の下方に現像剤回収搬送路が配置された縦攪拌構成である。第１搬送スクリュー３０４によって現像剤供給搬送路の下流端まで搬送された現像剤は、現像剤供給搬送路の下流側端部の底面に開口した連通孔３０９を通じて現像剤回収搬送路の上流端に移動し、第２搬送スクリュー３０５によって現像剤回収搬送路の下流端まで搬送された現像剤は、図４に示すように、現像剤供給搬送路の上流側端部の底面に開口した開口部３０７を通じて現像剤供給搬送路の上流端に移動する。
【００２５】
図５は、現像ローラ３０２の表面上における磁束密度分布を、現像装置の概略構成に重ね合わせて表示した説明図である。
現像ローラ３０２は、円周方向に複数の磁石ＭＧ（図の煩雑化防止のため１個についてのみ符号で示す。）を配置したマグネットローラ３０２ｄが内部に固定配置され、その周囲を円筒状のスリーブ３０２ｃが回転軸３０２ｅと一体的に回転する構成となっている。スリーブ３０２ｃは、アルミ等の非磁性の金属で形成されている。マグネットローラ３０２ｄは、各磁石ＭＧが所定の方向を向くように、例えばケーシング３０１に固定されている。現像ローラ３０２は、磁石ＭＧの磁力によってスリーブ３０２ｃの表面に引き付けた現像剤３２０を担持し、これをスリーブ３０２ｃの回転に伴って周方向へ搬送する。
【００２６】
図６は、現像ローラ３０２の構造を示す断面図である。
現像ローラ３０２は、主として、ケーシング３０１に固定されている固定軸３０２ａと、この固定軸３０２ａと一体の円柱状をしたマグネットローラ３０２ｄと、マグネットローラ３０２ｄのまわりをギャップを介して覆っているスリーブ３０２ｃと、このスリーブ３０２ｃと一体的な回転軸３０２ｅとから構成されている。固定軸３０２ａに対して回転軸３０２ｅは軸受３０２ｆを介して回転自在であり、回転軸３０２ｅは図示省略の回転駆動手段から動力を伝達されて回転駆動される。
【００２７】
マグネットローラ３０２ｄの外周部には、図６に示すように、所定の間隔をおいて複数の磁石ＭＧが固定されている。これらの磁石ＭＧの周囲をスリーブ３０２ｃが回転されるわけである。これらの磁石ＭＧは、スリーブ３０２ｃの表面に現像剤を穂立ちさせ、また穂切りなどさせるように磁界を形成するためのものである。本実施形態では、図５に示すように、スリーブ３０２ｃの内部に５つの磁石ＭＧを有し、５つの磁極（磁力分布）が生じる。現像ローラ３０２の中心Ｏ−１と感光体の中心Ｏ−２とを結ぶ仮想線上に配置される磁極をＰ１極とし、以下、現像ローラ３０２の回転方向に沿って、各磁極をＰ２極、Ｐ３極、Ｐ４極、Ｐ５極とする。
【００２８】
各磁極の極性は、Ｐ１極から順に、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｎ極、Ｓ極となっているが、これらは各磁極が反対の極性であっても構わない。現像ローラ３０２上で、各磁極は、その中心が、図５において、Ｐ１極は時計文字盤の８時、Ｐ２極は同７時、Ｐ３極は同５時、Ｐ４極は同１時の各位置に略位置している。
【００２９】
現像ローラ３０２と感光体１とは現像領域Ａで直接には接触せずに、現像に適する一定の間隔、現像ギャップＧＰ１を保持して対向している。現像ローラ３０２上において、Ｐ１極で現像剤３２０を穂立ちさせ、現像剤３２０を感光体１に接触させることで、感光体１表面の静電潜像にトナーを付着させて顕像化する。
【００３０】
現像装置３では、図５に示すように、固定軸３０２ａには接地された現像バイアス用の電源ＶＰが接続されている。固定軸３０２ａに接続された電源ＶＰの電圧は、導電性の軸受、導電性の回転軸３０２ｅを経てスリーブ３０２ｃに印加される。一方、図５に示すように、感光体１を構成する最下層の導電性支持体３１は接地されている。こうして、現像領域Ａには、キャリアから離脱したトナーを感光体１側へ移動させる電界を形成しておき、スリーブ３０２ｃと感光体１の表面に形成された静電潜像との電位差によりトナーを感光体１側に向けて移動させることに供している。
【００３１】
なお、本例の現像装置は露光用の光Ｌで書き込む方式の画像形成装置と組み合わせた例としている。帯電装置２により感光体１上に一様に負極性の電荷を乗せ、書込量を少なくするために画像部を露光用の光Ｌで露光することで、低下した電位の画像部（静電潜像）に負極性のトナーで現像する所謂反転現像方式を採用している。これは一例であり、本発明の現像方式の中で、感光体１に乗せる帯電電荷の極性は大きな問題ではない。
【００３２】
現像領域Ａで現像を終えた現像剤３２０は、Ｐ２極の磁力によって現像ローラ３０２上に担持されたまま、現像ローラ３０２の回転に伴ってケーシング３０１の内部へ搬送される。Ｐ２極に対応する位置にはケーシング３０１の一部があり、このケーシング３０１の一部はスリーブ３０２ｃの周面に近接して沿う湾曲形状をしており、シール効果により所謂トナー飛散防止機能を果たしている。
【００３３】
Ｐ２極に対して現像ローラ回転方向下流側に位置するＰ３極及びＰ４極は、互いに同極性になっている。そのため、Ｐ３極とＰ４極との間では、それまで現像ローラ３０２の表面に引き寄せていた磁力が少なくなっており、これにより現像剤３２０を現像ローラ３０２から引き離す"剤離し"の作用が働く。現像ローラ３０２から現像剤３２０を引き離す剤離し領域を、図２や図４では符号９にて示している。感光体１にトナーを付着させた現像後の現像剤３２０は、現像剤中のトナー濃度が下がっているため、仮に、このトナー濃度が低下した現像剤が現像ローラ３０２から離れずに再び現像領域Ａに搬送されて現像に供されると、狙いの画像濃度を得ることができないという不具合が生じてしまう。これを防止するため、本実施形態では、剤離し領域９で、現像ローラ３０２から現像剤を引き離すとともに、引き離した現像剤を現像剤供給搬送路とは別の現像剤回収搬送路へ回収するようにしている。
【００３４】
こうして、現像剤が引き離された現像ローラ３０２の表面は、現像ローラ３０２の回転に伴って現像剤供給搬送路との対向箇所へ移動する。この箇所には、Ｐ４極が存在しており、このＰ４極の磁力により、現像ローラ上の剤汲み上げ領域１０に、現像剤供給搬送路を流れている現像剤が汲み上げられ、担持される。Ｐ４極の磁力により現像ローラ３０２に汲み上げられた現像剤は、現像剤規制部材である現像ドクタ３０３を通過することにより、所定の厚さに整えられて現像領域Ａに搬送される。Ｐ４極とＰ１極との間に位置するＰ５極は、現像ドクタ３０３を通過してから現像領域に至るまでの間、現像剤を現像ローラ３０２の表面に担持させるための搬送極の機能を担っている。
【００３５】
以下、必要に応じて、現像装置の内部の構成を組み立て状態で示した図７及び分解状態で示した図８等をも参照しつつ、各部材の配置構成などを説明する。
図７及び図８に示すように、現像剤供給搬送路に配置される第１搬送スクリュー３０４は、その回転軸の回りに螺旋状の羽根部を備えたスクリュー形状をしており、現像ローラ３０２の中心Ｏ−３０２を通る中心線Ｏ−３０２ａと平行な中心線Ｏ−３０４ａを中心に図中矢印で示す時計まわりの向きに回転駆動する。これにより、中心線Ｏ−３０４ａの図中奥側から図中手前側に向けて矢印１１で示すように現像剤を撹拌しながら搬送する。つまり、第１搬送スクリュー３０４は、回転軸の回転により現像剤をその回転軸方向へ図中奥側から図中手前側に向けて搬送する。
【００３６】
図７に示すように、現像剤回収搬送路に配置される第２搬送スクリュー３０５は、その回転軸の回りに螺旋状の羽根部を備えたスクリュー形状をしており、現像ローラ３０２の中心Ｏ−３０２を通る中心線Ｏ−３０２ａと平行な中心線Ｏ−３０５ａを中心に図中矢印で示す反時計まわりの向きに回転駆動する。これにより、中心線Ｏ−３０５ａの図中手前側から図中奥側に向けて矢印１２で示すように現像剤を撹拌しながら搬送する。つまり、第２搬送スクリュー３０５は、回転軸の回転により現像剤を第１搬送スクリュー３０４による搬送方向と逆向きの図中手前側から図中奥側に向けて搬送する。
【００３７】
第１搬送スクリュー３０４と第２搬送スクリュー３０５との間であって、現像ローラ３０２の長手方向両端部を除く中央部で、第１搬送スクリュー３０４が配置される現像剤供給搬送路と第２搬送スクリュー３０５が配置される現像剤回収搬送路とを仕切る仕切板３０６が、ケーシング３０１の現像ローラ３０２から離れる側の内壁と一体に片持ち支持状に形成されている。仕切板３０６は、その長手方向については、現像ローラ３０２の長手方向両端部を除く中央部に位置し、現像ローラ３０２の長手方向両端部に対応する部位には無い。一方、第１搬送スクリュー３０４及び第２搬送スクリュー３０５の各長手方向端部は現像ローラ３０２の長手方向両端部まで及んでいる。
【００３８】
第２搬送スクリュー３０５で矢印１２の向きに現像剤回収搬送路中を搬送された現像剤は、その搬送方向下流端でケーシング３０１の側壁で進路を絶たれるため、その側壁に沿って盛り上がり、開口部３０７を介して矢印１３に沿って第１搬送スクリュー３０４が配置された現像剤供給搬送路へ移動する。一方、第１搬送スクリュー３０４で矢印１１の向きに現像剤供給搬送路中を搬送された現像剤は、現像剤供給搬送路の下流側端部の底面に設けられた連通孔３０９から矢印１４に沿って現像剤回収搬送路へ降下する。
【００３９】
仕切板３０６は、その長手方向については、現像ローラ３０２の長手方向両端部を除く中央部に位置するようにしている。これにより、その長手方向の端部での矢印１３，１４の現像剤の流れを可能にして、全体として矢印１１，１４，１２，１３に沿うような現像剤の循環搬送路を形成することができる。また、仕切板３０６は、第１搬送スクリュー３０４が撹拌搬送する現像剤３２０を下から支えて現像剤供給搬送路を形成するとともに、剤離し領域９で現像ローラ３０２から離されて現像剤回収搬送路へ回収された現像剤が現像剤供給搬送路へ移動するのを防止している。このような機能をより確実にするため、現像ローラ３０２の外周部と仕切板３０６との間隔、仕切板ギャップＧＰ２は、０．２〜１ｍｍ程度に保持するのが好ましい。０．２ｍｍ未満では現像ローラ３０２の回転時の偏心により仕切板３０６が現像ローラに接触するおそれがあり、１ｍｍを超えると回収した現像剤が現像剤供給搬送路へ移動するのを防止する機能が不十分になるからである。
【００４０】
さらに、剤離し領域９からずれた配置としても、仕切板としての機能を得ることは可能である。しかし、剤離し領域９からずれた配置とした場合には、仕切板が多量の現像剤を規制するケースも生じ得ることから、現像剤が受けるストレスが大となり、好ましくない。そこで、現像ローラ３０２を間にして感光体１と反対側の現像ローラ３０２まわりの下部に剤離し領域９が位置し、現像ローラの回転方向上剤離し領域９の下流側に隣接して剤汲み上げ位置１０が位置する構成とし、剤離し領域９と剤汲み上げ位置１０との間で、現像ローラ３０２の周囲に現像剤が付着する量が最も少ない位置に、第１搬送スクリュー３０４周囲の空間と、第２搬送スクリュー３０５周囲の空間を遮蔽するようにして、仕切板３０６を設け、かつ、仕切板３０６の現像ローラ３０２側の端部を現像ローラ３０２に対向させた構成とする。このように構成すれば、前記仕切板ギャップＧＰ２の０．２〜１ｍｍの設定をしなくてもこの仕切板が設けられる部位では現像ローラ３０２の周囲に現像剤が付着する量が最も少ない位置であるので、仕切板３０６の機能を発揮できるし、また、該仕切板により規制されることで現像剤が受けるストレスを最小限にすることができる。つまり、仕切板設定時のギャップ管理を緩和できる。尤も、その上で仕切板ギャップＧＰ２を０．２〜１ｍｍの設定にする条件をさらに付加した構成とすれば、現像剤に与えるストレスをより少なくすることが
【００４１】
また、本実施形態では、現像ローラ３０２と仕切板３０６の最近接位置は、第１搬送スクリュー３０４と第２搬送スクリュー３０５との間であって、現像ローラ３０２に現像剤が付く量が最も少ない領域、すなわち、Ｐ３極とＰ４極との間で、現像ローラ表面の磁束密度が、１０ｍＴ以下の剤離し領域９内に設定している。
【００４２】
また、本実施形態では、図８に示すように、第２搬送スクリュー３０５による現像剤搬送方向下流部では、開口部３０７に対応する範囲で、螺旋状の羽根部に代えて、羽根車３０８が形成されている。この羽根車３０８は、第２搬送スクリュー３０５の軸部３０５Ｊについて軸心（中心線Ｏ−３０５ａ）から放射状に延びる複数枚の板部材であり、第２搬送スクリュー３０５の回転に伴って現像剤３２０を上方に跳ね上げる機能を有する。
【００４３】
図４に示すように、第１搬送スクリュー３０４の中心Ｏ−３０４と第２搬送スクリュー３０５の中心Ｏ−３０５とは略同一鉛直線上にあり、羽根車３０８は反時計回りの向きに回転し、ケーシング３０１の内壁に沿って現像剤３２０を跳ね上げる。開口部３０７はこの跳ね上げによる現像剤の進路を妨げないように、かつ、せっかく跳ね上げた現像剤が第２搬送スクリュー３０５へ落下することのないように、中心Ｏ−３０４と中心Ｏ−３０５とを結ぶ略鉛直線よりも僅かにケーシング内壁寄りの位置からケーシング内壁部に及ぶように形成してある。つまり、開口部３０７は仕切板３０６の一部に穴を開けた如き状態で形成されているので、第２搬送スクリュー３０５から第１搬送スクリュー３０４へ現像剤を持ち上げる部分には上下の空間をつなげる開口部３０７があるが、この開口部３０７に対応する現像ローラ側の部位には、現像ローラ軸方向中央部と同様に仕切板が存在する。この残りの仕切板部により、開口部３０７を通って下から上に移動した現像剤は再び下方に落下することなく現像ローラ３０２に引き寄せられ、現像ローラ３０２によって第２搬送スクリュー３０５に搬送されるか、または、第１搬送スクリュー３０４により搬送されていくので、効率の良い現像剤循環を行うことができる。
【００４４】
第１搬送スクリュー３０４の回転方向は、反時計まわりの向きに回転する現像ローラ３０２と逆向きの時計回りの向きにしてある。一般に、スクリューは、被搬送物を軸方向に送りながら、回転方向に寄せる作用があるので、第１搬送スクリュー３０４は現像剤３２０を現像剤供給搬送路で現像ローラ３０２側に寄せながら搬送することになる。従って、現像ローラ３０２に接触する現像剤量を多く確保することができ、現像ローラ３０２に対する安定した現像剤供給が可能になる。
【００４５】
第２搬送スクリュー３０５は、現像ローラ３０２と同じ向きに回転させている。本実施形態では反時計方向である。これにより、第２搬送スクリュー３０５は現像剤３２０を現像ローラ３０２から離れた方向に寄せながら搬送することになる。よって、剤離し領域９で磁気力や仕切板３０６などにより一度現像ローラ３０２から離された現像剤が現像ローラ３０２に再度付着することが抑制される。よって、現像後のトナー濃度が低下した現像剤が第１搬送スクリュー３０４の領域に移動することを防ぐことができる。
【００４６】
次に、トナー補給について説明する。
現像装置３内の現像剤３２０は、現像動作を繰り返すうちにトナーが消費されていくので、現像装置外部から装置内の現像剤に対してトナーを補給する必要がある。本実施形態では、図８に示したように、連通孔３０９が設けられている現像剤供給搬送路の下流側端部（現像装置の手前側の端部）の上方に、トナー補給口３１０が設けられている。このトナー補給口３１０は、仕切板３０６が無い手前側の端部上方のケーシング３０１に形成されている。トナー補給口３１０から補給されたトナーは、現像ローラ３０２の現像領域対向部分から外れた現像剤供給搬送路の下流側端部から現像剤３２０とともに連通孔３０９を介して降下し、現像剤回収搬送路の上流側端部へ移動して、第２搬送スクリュー３０５により、現像剤と攪拌されながら現像剤回収搬送路中を搬送される。
【００４７】
本実施形態では、供給回収分離方式を採用しており、現像剤回収搬送路を流れる現像剤は現像ローラ３０２へ供給されることがない。よって、トナー補給口３１０から新しく補給されたトナーによりトナー帯電量が不十分でトナー濃度が不均一な状態の現像剤が、現像ローラ３０２へ供給されて現像に供されることはない。補給されたトナーは、現像剤回収搬送路内で、現像ローラ３０２から回収されたトナー濃度の低い現像剤３２０と撹拌混合されながら、下流端（現像装置３の奥側の端部）へ搬送されるまでに、トナーが十分に摩擦帯電され、トナー濃度が正常化される。そして、このような現像剤が羽根車３０８などの作用により開口部３０７から現像剤供給搬送路へ持ち上げられ、第１搬送スクリュー３０４により手前側に搬送されながら現像ローラ３０２に供給され、現像に使用される。
【００４８】
なお、ここでは、現像剤供給搬送路の下方に現像剤回収搬送路が配置された２つの搬送路で循環搬送を行う構成について説明したが、供給回収分離方式であれば、現像剤供給搬送路と現像剤回収搬送路とを略水平方向に並んで配置した２つの搬送路で循環搬送を行う構成でもよいし、３つ以上の搬送路で循環搬送を行う構成でもよい。
【００４９】
次に、本発明の特徴部分である、現像剤の循環搬送機構について説明する。
図９は、現像剤供給搬送路内の下流側端部において現像剤不足が発生している状態を示す模式図である。
本実施形態の現像装置は、供給回収分離方式を採用しているので、現像剤供給搬送路内の搬送速度が現像剤搬送方向にわたって一定であれば、現像剤の量は、図３に示したように下流側ほど少なくなる。そして、現像ローラ３０２の回転速度が高速になるほど、現像剤供給搬送路内の現像剤が単位時間当たりに現像ローラ３０２へ汲み上げられる量が増える。そのため、現像剤供給搬送路内の下流側端部において現像剤が不足し、図９に示すように、現像剤供給搬送路内の下流側端部で現像剤が枯渇する事態が起こりやすくなる。このような現像剤の不足が起きると、現像剤供給搬送路内の下流側端部では現像ローラ３０２へ供給される現像剤量が不足し、その部分で画像濃度の低下を引き起こす。
【００５０】
ここで、現像剤供給搬送路の下流側で現像剤の枯渇が発生しないための最低条件は、平衡状態において下記の式（１）を満たすことである。なお、式（１）中の「Ｍｋｕ」は、第２搬送スクリュー３０５が設けられた現像剤回収搬送路から、第１搬送スクリュー３０４が設けられた現像剤供給搬送路への単位時間当たりの現像剤移動量を示す（図中符号１３で示す矢印）。また、式（１）中の「Ｍｚｓ」は、現像ローラ３０２の回転に伴って搬送される単位時間当たりの現像剤搬送量を示す（図中符号７で示す矢印）。
Ｍｋｕ  ＞  Ｍｚｓ  ・・・（１）
【００５１】
平衡状態において式（１）を満たす場合、現像剤供給搬送路内へ単位時間当たりに流入する現像剤量は、常に現像剤供給搬送路から単位時間当たりに流出する現像剤量を超えることになるため、現像剤供給搬送路の下流側で現像剤の枯渇が発生しない。そして、現像ローラ３０２による現像剤搬送量Ｍｚｓに対し、現像剤回収搬送路から現像剤供給搬送路への現像剤移動量Ｍｋｕが多ければ多いほど、上記式（１）を満たす余裕度が高まるため、現像剤供給搬送路の下流側での現像剤枯渇をより安定して防ぐことができる。
【００５２】
ところが、小型の現像装置では、現像装置内に収容できる現像剤量が限られるため、従来の現像装置では、現像ローラ３０２による現像剤搬送量Ｍｚｓに対し、現像剤回収搬送路から現像剤供給搬送路への現像剤移動量Ｍｋｕを十分に多くすることが困難であった。そのため、現像装置を小型化すると、上記式（１）を満たす余裕度が低くなって、現像剤供給搬送路の下流側での現像剤枯渇を安定して防ぐことが難しくなる。特に、画像形成スピードの高速化のために現像ローラ３０２を高速回転させる場合には、現像ローラ３０２による現像剤搬送量Ｍｚｓが増大するため、更に余裕度が低くなり、現像剤供給搬送路の下流側での現像剤枯渇を安定して防ぐことが極めて困難な状況となる。
【００５３】
そこで、本実施形態では、現像剤が循環搬送される現像剤供給搬送路と現像剤回収搬送路の２つの搬送路の中で、現像剤供給搬送路内における現像剤の平均搬送速度が最も遅くなるように設定している。これにより、現像剤循環経路上における平衡状態での現像剤量の分布は、現像剤供給搬送路の上流側端部で現像剤量が最も多いものとなる。すなわち、現像装置を小型化した場合における現像装置内の限られた少量の現像剤を、平衡状態において現像剤供給搬送路の上流側端部に偏在させることができる。その結果、現像装置内の限られた現像剤量で、現像剤回収搬送路から現像剤供給搬送路への現像剤移動量Ｍｋｕを最大限に大きくすることができ、上記式（１）を満たす余裕度を可能な限り大きくすることができる。
【００５４】
そして、上記式（１）を満たす余裕度が大きくなることで、現像剤供給搬送路内の平均搬送速度を遅くしても、現像剤供給搬送路の下流側での現像剤枯渇を安定して防ぐことが可能となる。すなわち、上記式（１）を満たす余裕度が大きくなるということは、現像剤供給搬送路の上流側端部に存在する現像剤量が増えることを意味する。したがって、現像剤供給搬送路の上流側端部から下流側に向けて送り出すことが可能な現像剤量が増えることになる。現像剤供給搬送路の上流側端部から下流側に向けて送り出す現像剤量が増えれば、現像剤供給搬送路内の現像剤搬送速度が遅くても、現像剤供給搬送路の下流側端部まで現像剤が残り、枯渇を発生させないようにすることができる。
【００５５】
また、本実施形態において、現像剤回収搬送路内における現像剤搬送速度は、現像剤搬送方向全域にわたって一定ではなく、現像剤搬送方向下流側よりも上流側の方が遅くなるように設定されている。これは、上述したように現像剤供給搬送路内における現像剤の平均搬送速度が最も遅くなるように設定しつつも、現像剤回収搬送路の下流側で発生し得る現像剤連れ回りや現像剤漏れを抑制するためである。
【００５６】
本実施形態の現像装置は、供給回収分離方式を採用しているので、現像剤回収搬送路内の搬送速度が現像剤搬送方向にわたって一定であれば、現像剤の量は、図３に示したように下流側ほど多くなる。そのため、現像剤回収搬送路の下流側において、現像剤が滞留して現像剤回収搬送路内の現像剤が現像ローラ３０２の表面に接触する事態が起こり得る。このような事態が生じると、現像ローラ３０２の回転に伴って現像領域から搬送されてくる現像済み現像剤を現像ローラ３０２の表面から剥離させることが困難となる。その結果、現像済み現像剤が現像ローラ３０２の回転に伴って現像ローラ３０２に担持されたまま再び現像領域へ搬送される現像剤連れ回りが発生する。また、現像ローラ３０２の表面から一旦は剥離した現像済み現像剤が再び現像ローラ３０２の表面に付着する場合もあり、この場合も現像剤連れ回りが発生する。現像剤連れ回りが発生すると、トナー濃度の低い現像済み現像剤が現像に寄与してしまい、その部分で画像濃度の低下が生じる。
【００５７】
また、現像剤回収搬送路の下流側に存在する現像剤には、現像剤回収搬送路内を後から搬送されてくる現像剤による押圧力が加わる。この押圧力により現像剤回収搬送路の下流側に存在する現像剤の現像剤供給搬送路への移動が促進されるのであるが、現像剤回収搬送路の下流側で現像剤が滞留する事態が生じると、その滞留現像剤の一部が現像剤供給搬送路側へ移動できない状況が生まれる。このような現像剤は、現像ローラ３０２と現像ケーシング内壁との間の隙間を通って移動し、現像装置の外部に流出する現像剤漏れを引き起こす。
【００５８】
以上のような現像剤連れ回りや現像剤漏れを抑制するためには、現像剤回収搬送路の下流側に存在する現像剤の量を少なくすればよい。そのためには、現像剤回収搬送路内の現像剤搬送速度を遅くすることが考えられるが、現像剤回収搬送路内の現像剤搬送方向全域にわたって一律に現像剤搬送速度を遅くすると、現像剤供給搬送路内における現像剤の平均搬送速度が最も遅くするという上述した設定を実現するのが困難となり得る。
【００５９】
そこで、本実施形態では、現像剤回収搬送路の上流側における現像剤搬送速度を下流側よりも遅くしている。これにより、現像剤回収搬送路内における現像剤の平均搬送速度を、現像剤供給搬送路内における現像剤の平均搬送速度よりも速い状態を維持しつつも、現像剤回収搬送路の下流側に存在する現像剤の量を少なくすることができる。
【００６０】
図１０は、現像剤回収搬送路の一部を切り出し、その切り出し部分（以下「回収路セル」という。）を現像剤搬送方向に対して直交する水平方向から見たときの説明図である。
現像剤回収搬送路の任意の地点（回収路セル）では、上流側から現像剤量Ｍｕが流入し、下流側へ現像剤量Ｍｋが流出し、現像ローラ３０２から現像剤量Ｍｓが流入するという３種類の現像剤の流れが存在する。現像剤の循環搬送中に回収路セル内の現像剤量が変わらない平衡状態になれば、上記３つの現像剤量に対して下記の式（２）が成り立つ。つまり、回収路セル内に流入する現像剤量と回収路セルから流出する現像剤量とが等しくなる。
Ｍｋ  ＝  Ｍｕ  ＋  Ｍｓ  ・・・（２）
【００６１】
なお、現像剤流入量Ｍｓは、下記の式（３）に示すように、回収路セルの上流側面のうちの現像剤部分の面積（現像剤の上流側断面積）Ｓｕと、回収路セルの上流側面を通過する現像剤の搬送速度Ｖｕとの積によって決まる。
Ｍｓ  ＝  Ｓｕ  ×  Ｖｕ  ・・・（３）
同様に、現像剤流出量Ｍｋは、下記の式（４）に示すように、回収路セルの下流側面のうちの現像剤部分の面積（現像剤の下流側断面積）Ｓｋと、回収路セルの下流側面を通過する現像剤の搬送速度Ｖｋとの積によって決まる。
Ｍｋ  ＝  Ｓｋ  ×  Ｖｋ  ・・・（４）
【００６２】
ＶｕとＶｋが同じ速度の場合、現像ローラ３０２から回収される現像剤の分だけ、現像剤の上流側断面積Ｓｕよりも現像剤の下流側断面積Ｓｋの方が大きくなる。したがって、Ｖｋ＝Ｖｕ＝Ｖとすると、下記の式（５）が得られる。
Ｓｋ  ×  Ｖ  ＝  Ｓｕ  ×  Ｖ  ＋  Ｍｓ  ・・・（５）
この式（５）を変形すると、下記の式（６）が得られる。
Ｓｋ  ＝  Ｓｕ  ＋  Ｍｓ／Ｖ  ・・・（６）
この式（６）より、現像剤の下流側断面積Ｓｋは現像剤の上流側断面積Ｓｕに対してＭｓ／Ｖだけ大きくなる。
このことから分かるように、供給回収分離方式を採用した本実施形態における現像装置では、現像剤回収搬送路内の搬送速度が現像剤搬送方向にわたって一定であれば、現像剤の量は、図３に示したように下流側ほど多くなる。
【００６３】
ここで、上記式（２）、上記式（３）、上記式（４）から、下記の式（７）を導くことができる。
Ｓｋ  ×  Ｖｋ  ＝  Ｓｕ  ×  Ｖｕ  ＋  Ｍｓ  ・・・（７）
上記式（７）より、例えばＳｋ＝Ｓｕ＝Ｓと同じ面積にしたい場合、すなわち、現像剤回収搬送路内の現像剤の嵩を一定にしたい場合には、下記の式（８）を満たすように、回収路セルの上流側面を通過する現像剤の搬送速度Ｖｕと、回収路セルの下流側面を通過する現像剤の搬送速度Ｖｋとを設定すればよい。
Ｖｋ  ＝  Ｖｕ  ＋  Ｍｓ／Ｓ  ・・・（８）
【００６４】
上記式（８）は、現像剤回収搬送路内の任意の地点における回収路セルの下流側面の現像剤搬送速度Ｖｋを、上流側面の現像剤搬送速度Ｖｕに対してＭｓ／Ｓだけ大きくしてやればよいことを意味している。このことから、現像剤回収搬送路の下流側に向かうほど現像剤搬送速度が増加するように構成すれば、現像剤回収搬送路内における現像剤の嵩変化を小さくすることができる。その結果、現像剤回収搬送路の下流側で現像剤が滞留する事態を避けることができる。
【００６５】
なお、上述した現像剤回収搬送路について原理は、現像ローラ３０２から回収される現像剤回収量Ｍｓを、現像ローラ３０２へ汲み上げられる現像剤汲み上げ量（−Ｍｓ）に置き換えることで、現像剤供給搬送路についても同様に当てはまる。したがって、現像剤供給搬送路の下流側に向かうほど現像剤搬送速度が低下するように構成すれば、現像剤供給搬送路内における現像剤の嵩変化を小さくすることができる。その結果、より安定して現像剤供給搬送路の下流側における現像剤の枯渇を防ぐことができる。
【００６６】
次に、現像剤回収搬送路の上流側における現像剤搬送速度を下流側よりも遅くする具体的な構成について説明する。
現像剤回収搬送路の上流側における現像剤搬送速度を下流側よりも遅くする方法としては、第２搬送スクリュー３０５の軸方向において、羽根部のピッチを異ならせたり、羽根部のリード角（スクリュー軸方向に直交する面と羽根部の面とのなす角度）を異ならせたりするなど、公知の方法を利用できる。一般には、羽根部のピッチを軸方向で異ならせる手法により、現像剤回収搬送路内の現像剤搬送速度を現像剤搬送方向で異なるようにすることが多いが、ここでは、羽根部のリード角を異ならせる手法を採用する。
【００６７】
図１１は、羽根部のリード角と現像剤搬送速度との関係の一例を示すグラフである。
このグラフの特性を有する第２搬送スクリュー３０５を用い、その羽根部のリード角を下流側で例えば４５°に設定したときに、その上流側の現像剤搬送速度を下流側よりも遅くする場合、一般には、スクリュー軸に対して上流側の羽根部を立てるようにしていた。すなわち、上流側の羽根部のリード角を小さくすることで（例えば２０°以上３５°以下の範囲）、上流側の現像剤搬送速度を遅くする方法を採用するのが一般的である。しかしながら、図１１のグラフに示すように、上流側の羽根部のリード角を大きくしても（例えば５５°以上７０°以下の範囲）、上流側の現像剤搬送速度を遅くすることができる。
【００６８】
図１２は、羽根部のリード角と現像剤の分散性との関係の一例を示すグラフである。
現像剤の分散性とは、スクリューによる現像剤の攪拌性能を示すものであり、トナー濃度が均一な現像剤又はトナーを含まない現像剤に対して新しいトナーを追加した後、これをスクリューによって一定距離搬送したときの現像剤中におけるトナー濃度分布を計測し、そのトナー濃度分布の分散σをトナー濃度平均値で割った値を用いている。
従来の考え方は、羽根部のリード角を小さくするほど（すなわちスクリュー軸に対して羽根部を立てるほど）、現像剤の分散性が高まるという考え方であった。本発明者らの研究により、羽根部のリード角が３５°を超える当たりからは、リード角が大きくしても（すなわちスクリュー軸に対して羽根部を寝かせるほど）、現像剤の分散性が高まることが判明した。結果を図１２に示す。しかも、羽根部のリード角を５５°以上の範囲まで大きくすることで、羽根部のリード角を小さくする場合には得られないほどの高い分散性を発揮することも判明した。したがって、現像剤の分散性を高めたい場合には、羽根部のリード角を小さくする従来の考え方よりも、羽根部のリード角を大きくする本発明者らの考え方の方が有利である。
【００６９】
ここで、現像剤回収搬送路内では、トナー補給口３１０から補給されたトナーを現像剤中に取り込んで攪拌し、トナーが十分に混合した状態の現像剤を現像剤回収搬送路へ受け渡すことが重要となる。現像剤回収搬送路内の現像剤攪拌は、一般に、次のような攪拌モデルによって説明できる。
すなわち、現像剤回収搬送路内を、現像剤搬送方向に３つの領域に分割し、最上流側に位置する領域での攪拌工程をフェーズ１とし、中央に位置する領域での攪拌工程をフェーズ２とし、最下流側に位置する領域での攪拌工程をフェーズ３とする。フェーズ１では、最も高い現像剤分散性が要求される箇所であり、現像剤の重ね合わせや現像剤深さ方向への現像剤の動きが支配的となって、現像剤中に補給トナーを大きく取り込むような攪拌を実現する。フェーズ２では、第２搬送スクリュー３０５の羽根部との接触部分で生じる現像剤のすべりや衝突による攪拌が支配的となり、現像剤中へのトナーの分散を促進する。フェーズ３では、局部的な搬送速度差による近傍粒子間の位置交換が発生し、現像剤搬送方向についての分散が促進される。
特に、本実施形態においては、現像剤回収搬送路の下流側端部に到達した現像剤を現像剤供給搬送路に受け渡す構成であるため、フェーズ２の現像剤のすべりや衝突、あるいは、現像剤回収搬送路から現像剤供給搬送路へ現像剤を受け渡す箇所（現像剤を持ち上げる箇所）での局部的な剤の入れ替えが効果的に生じるので、フェーズ１で補給トナーを現像剤中に良好に取り込むことができれば、効率的な分散性を得ることができる。
【００７０】
本実施形態では、現像剤回収搬送路内における上流側の現像剤搬送速度を下流側の現像剤搬送速度よりも遅くするが、現像剤回収搬送路内の上流側の箇所は、フェーズ１を実行する箇所であり、高い現像剤分散性が求められる。そこで、本実施形態において、フェーズ１では、現像剤搬送速度は遅いが高い分散性を発揮できるように、羽根部のリード角を５５°以上７０°以下の範囲に設定している。羽根部が寝ることにより、剤の跳ね上げ効果が高まり、現像剤深さ方向への剤の動きが活性化して、高い現像剤分散性が得られる。補給トナーがある程度混ざった後のフェーズ２では、羽根部のリード角を、フェーズ１よりも搬送速度が高く、分散性も良好な４５°程度に設定する。これにより、現像剤の搬送速度を高めて、現像剤による羽根部の乗り越えや、第２搬送スクリュー３０５とケーシング内壁との隙間で剤のすべりや衝突による分散を効果的に引き起こす。フェーズ３では、現像剤回収搬送路の下流側端部の現像剤をその上方に位置する現像剤供給搬送路の上流側端部まで持ち上げる必要がある。この現像剤の持ち上げをスムーズに行い、現像剤回収搬送路の下流側端部での現像剤の滞留を防止するため、フェーズ２と同様、羽根部のリード角を４５°程度に設定し、高い搬送速度を実現している。
【００７１】
〔実験例〕
次に、上述した実施形態に係る画像形成装置を用い、その現像装置における第１搬送スクリュー３０４と第２搬送スクリュー３０５のスクリューピッチ（スクリュー軸方向における羽根部間距離）を変えて、現像剤供給搬送路の下流側における現像剤の枯渇の発生と、現像剤回収搬送路の下流側における現像剤連れ回りの発生について評価する実験を行った。
下記の表１は、スクリュー径が１４ｍｍであり、スクリュー回転数が１０００ｒｐｍであるときの、各スクリューピッチにおける現像剤の搬送速度の測定結果を示している。なお、本実験例において、現像剤の搬送速度は、トナー濃度センサを用い、トナーの移動を複数のトナー濃度センサでモニターすることにより、現像剤の移動時間を測定し、その測定結果から現像剤の搬送速度を算出したものである。
【表１】
0005455048.tif 000002
【００７２】
実施例１は、現像剤供給搬送路内の第１搬送スクリュー３０４として、２０ｍｍピッチのスクリューを用いた。一方、現像剤回収搬送路内の第２搬送スクリュー３０５には、スクリューを軸方向に２分割し、上流側のスクリュー部分を４０ｍｍピッチとし、下流側のスクリュー部分を２８ｍｍピッチとしたスクリューを用いた。各スクリュー部分のスクリュー径はいずれも１４ｍｍであるため、上流側のスクリュー部分のリード角は５５°であり、下流側のスクリュー部分のリード角は４５°である。その結果、現像剤供給搬送路内における現像剤の平均搬送速度は約１４ｃｍ／ｓｅｃであり、現像剤回収搬送路内における現像剤の平均搬送速度は約１７ｃｍ／ｓｅｃであった。この実施例１に係る現像装置を用い、現像装置内に収容される現像剤量とスクリュー回転数とを変えて、現像剤の枯渇および現像剤連れ回りを評価した。その評価結果は、下記の表２に示すとおりである。
なお、下記の表２において、黒塗りの菱形符号は現像剤の枯渇が発生した場合を示し、「×」は連れ回りが発生した場合を示し、「○」は連れ回りも枯渇のいずれも発生しなかった場合を示す。
【表２】
0005455048.tif 000003
【００７３】
実施例２は、現像剤供給搬送路内の第１搬送スクリュー３０４として、スクリューを軸方向に２分割し、上流側のスクリュー部分を２０ｍｍピッチとし、下流側のスクリュー部分を１５ｍｍピッチとしたスクリューを用いた。一方、現像剤回収搬送路内の第２搬送スクリュー３０５には、スクリューを軸方向に２分割し、上流側のスクリュー部分を４０ｍｍピッチとし、下流側のスクリュー部分を２８ｍｍピッチとしたスクリューを用いた。各スクリュー部分のスクリュー径はいずれも１４ｍｍであるため、上流側のスクリュー部分のリード角は５５°であり、下流側のスクリュー部分のリード角は４５°である。その結果、現像剤供給搬送路内における現像剤の平均搬送速度は約１３ｃｍ／ｓｅｃであり、現像剤回収搬送路内における現像剤の平均搬送速度は約１７ｃｍ／ｓｅｃであった。この実施例２に係る現像装置を用い、現像装置内に収容される現像剤量とスクリュー回転数とを変えて、現像剤の枯渇および現像剤連れ回りを評価した。その評価結果は、下記の表３に示すとおりである。
【表３】
0005455048.tif 000004
【００７４】
また、第１搬送スクリュー３０４及び第２搬送スクリュー３０５のいずれも２８ｍｍピッチのスクリューを用いた比較例１について、同様の評価を行った。その評価結果は、下記の表４に示すとおりである。
【表４】
0005455048.tif 000005
【００７５】
また、上流側スクリュー部分を４０ｍｍピッチとし、下流側部分を２０ｍｍピッチとした第１搬送スクリュー３０４と、上流側スクリュー部分を４０ｍｍピッチとし、下流側部分を２０ｍｍピッチとした第２搬送スクリュー３０５を用いた比較例２についても、同様の評価を行った。その評価結果は、下記の表５に示すとおりである。
【表５】
0005455048.tif 000006
【００７６】
また、実施例２の現像装置に対し、トナー濃度が５％になるように調整した現像剤を１００ｇ入れ、その後、０．４ｇのトナーを補給位置より補給し、現像ローラ３０２上の現像剤のトナー濃度を測定した。現像ローラ３０２上の現像剤のトナー濃度の測定は、何回か時間を変えて行い、平均した。その結果、実施例２では最大でトナー濃度が５．３％の上昇であったのに対し、比較例２では５．８％であった。現像ローラ３０２上のトナー濃度の上昇が小さいほど早く混ざることを示すため、実施例２の方が比較例２よりも攪拌性能が高いことが言える。
【００７７】
〔変形例〕
次に、上記実施形態における現像剤循環搬送機構の一変形例について説明する。
図１３は、本変形例における現像剤循環搬送機構の概略構成を示す説明図である。
上記実施形態では、現像剤供給搬送路の下方に現像剤回収搬送路が配置され、これらの２つの搬送路で現像剤を循環搬送する構成であったが、本変形例では、３つの搬送路で現像剤を循環搬送する構成である。なお、３つの搬送路で現像剤を循環搬送する構成は本変形例の構成に限定されない。
【００７８】
本変形例では、第１搬送スクリュー３０４が配置される現像剤供給搬送路と、第２搬送スクリュー３０４が配置される現像剤回収搬送路と、現像剤供給搬送路及び現像剤回収搬送路の下流端までそれぞれ搬送された現像剤を現像剤供給搬送路の上流端へ戻すための現像剤攪拌搬送路という３つの搬送路が設けられている。現像剤攪拌搬送路には、第３搬送スクリュー３１５が設けられている。本変形例において、現像剤供給搬送路及び現像剤回収搬送路の現像剤搬送方向は奥側から手前側であり、互いに同じ向きである。一方、現像剤攪拌搬送路の現像剤搬送方向は手前側から奥側であり、現像剤供給搬送路及び現像剤回収搬送路の現像剤搬送方向とは逆向きである。
【００７９】
本変形例の構成において、現像剤の循環経路は次の２通りである。
第１は、第１搬送スクリュー３０４（現像剤供給搬送路）→現像ローラ３０２→第２搬送スクリュー３０５（現像剤回収搬送路）→第３搬送スクリュー３１５（現像剤攪拌搬送路）→第１搬送スクリュー３０４（現像剤供給搬送路）の順路である。
第２は、第１搬送スクリュー３０４（現像剤供給搬送路）→第３搬送スクリュー３１５（現像剤攪拌搬送路）→第１搬送スクリュー３０４（現像剤供給搬送路）の順路である。
【００８０】
本変形例においても、２つの搬送路で現像剤を循環搬送する上記実施形態の構成と同様、現像剤供給搬送路の下流側で現像剤枯渇の問題が生じ得るが、現像剤供給搬送路内における現像剤の平均搬送速度が最も遅くなるように設定している。これにより、上記実施形態の場合と同様に、現像装置内の限られた現像剤量で、現像剤攪拌搬送路から現像剤供給搬送路への現像剤移動量が最大限に大きくなり、現像剤枯渇が発生しない最低条件を満たす余裕度が可能な限り大きくなる。
【００８１】
以上、本実施形態（変形例を含む。）に係るプリンタは、潜像担持体としての感光体１と、感光体１上に静電潜像を形成する潜像形成手段としての帯電装置２及び露光装置１６と、トナー及びキャリアを含む二成分現像剤により感光体１上の静電潜像を現像する現像装置３とを有し、現像装置３により感光体１上に形成されたトナー像を最終的に記録材としての転写紙８へ転移させて転写紙上に画像を形成する画像形成装置である。この現像装置３は、現像剤担持体としての現像ローラ３０２に沿って現像ローラ回転軸方向に延びる現像剤供給搬送路中を搬送されている現像剤３２０を、回転している現像ローラ３０２の表面に担持させることにより、現像ローラ３０２の表面に担持された現像剤３２０を現像領域Ａへ搬送し、現像領域Ａにて現像剤中のトナーを感光体表面上の静電潜像に付着させて静電潜像を現像するとともに、現像領域Ａを通過した現像剤を現像ローラ３０２から現像剤供給搬送路とは別の搬送路である現像剤回収搬送路に回収する現像装置である。また、この現像装置は、現像剤供給搬送路の現像剤搬送方向下流側端部まで搬送された現像剤を、現像剤回収搬送路を介して又は現像剤回収搬送路とは別の搬送路（例えば現像剤攪拌搬送路）を介して、現像剤供給搬送路の現像剤搬送方向上流側端部へ搬送する循環搬送機構を有している。そして、この循環搬送機構は、現像剤が循環搬送される搬送路の中で、現像剤供給搬送路内における現像剤の平均搬送速度が最も遅くなるように構成されている。これにより、現像装置内の限られた現像剤量で、現像剤攪拌搬送路から現像剤供給搬送路への現像剤移動量が最大限に大きくなり、現像剤枯渇が発生しない最低条件を満たす余裕度が可能な限り大きくなる。その結果、現像剤供給搬送路内の平均搬送速度を遅くしても、現像剤供給搬送路の下流側での現像剤枯渇を安定して防ぐことが可能となる。
特に、本実施形態（変形例を含む。）においては、現像剤供給搬送路の現像剤搬送方向下流側端部まで搬送された現像剤を現像剤回収搬送路へ受け渡し、現像剤回収搬送路の現像剤搬送方向下流側端部まで搬送された現像剤を現像剤供給搬送路へ受け渡すように、現像剤を循環搬送するものである。このような循環搬送によれば、現像装置の小型化に有利である。
また、本実施形態（変形例を含む。）においては、現像剤回収搬送路内における現像剤搬送速度を、現像剤搬送方向下流側よりも上流側の方が遅くなるように設定している。これにより、現像剤連れ回りや現像剤漏れを効果的に抑制することができる。
また、本実施形態（変形例を含む。）においては、螺旋状の羽根部を回転軸に有し、その回転軸方向に沿って現像剤を搬送する第２搬送スクリュー３０５を現像剤回収搬送路内に備えており、この第２搬送スクリュー３０５は、補給用トナーを供給するためのトナー補給口３１０から補給用トナーが供給される箇所又は当該箇所よりも現像剤搬送方向下流側の箇所に設けられる上流側羽根部（フェーズ１に対応する部分）を、これよりも現像剤搬送方向下流側に設けられる下流側羽根部よりも、現像剤分散性能（分散性）が高く、かつ、現像剤搬送性能（現像剤搬送速度）が低くなるように、そのリード角を大きくしている。具体的には、そのリード角を５５°以上７０°以下の範囲内に設定している。これにより、現像剤の高い分散性が求められる箇所で高い分散性を発揮することができる。
また、本実施形態（変形例を含む。）において、現像剤供給搬送路内における現像剤の搬送速度は、現像剤搬送方向上流側よりも下流側の方を遅くするように構成してもよい。この場合、現像剤供給搬送路の下流側における現像剤の枯渇を抑制する上で有利となる。
【符号の説明】
【００８２】
１  感光体
２  帯電装置
３  現像装置
１５  搬送ベルト
１６  露光装置
１７  画像形成部
３０１  ケーシング
３０２  現像ローラ
３０２ｃ  スリーブ
３０２ｄ  マグネットローラ
３０３  現像ドクタ
３０４  第１搬送スクリュー
３０５  第２搬送スクリュー
３０６  仕切板
３０７  開口部
３０８  羽根車
３０９  連通孔
３１０  トナー補給口
３１５  第３搬送スクリュー
３２０  現像剤
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８３】
【特許文献１】特開平１１−８４８７４号公報
【図１】
0005455048.tif 000007
【図２】
0005455048.tif 000008
【図３】
0005455048.tif 000009
【図４】
0005455048.tif 000010
【図５】
0005455048.tif 000011
【図６】
0005455048.tif 000012
【図７】
0005455048.tif 000013
【図８】
0005455048.tif 000014
【図９】
0005455048.tif 000015
【図１０】
0005455048.tif 000016
【図１１】
0005455048.tif 000017
【図１２】
0005455048.tif 000018
【図１３】
0005455048.tif 000019